电容感测电路的制作方法

1.本发明是有关一种感测电路，尤其是一种电容感测电路。


背景技术：

2.现今大部分电子装置设置有触控电路及用于控制射频电路的发射功率的近接传感器(proximity sensor)。触控电路用于侦测用户触碰电子装置的触控面板的位置，以执行对应的事件。近接传感器用于侦测用户是否接近电子装置，若用户接近电子装置，则可降低射频电路的发射功率，以控制特定吸收比率(specific absorption rate，sar)于规范内，而避免引响人体健康。电容式触控电路与近接传感器可侦测电子装置的一感测电极的电容的变化量，而判断使用者是否有触碰触控面板或者接近电子装置。电容感测电路用于侦测感测电极的电容量，一般电容感测电路为利用一输入讯号驱动感测电极上的电荷转移至电容感测电路，以侦测感测电极上的电容量，进而得知感测电极的电容的变化量。由于输入讯号来自于电子装置的内部电路，例如电源供应电路，因此输入讯号会夹杂额外的噪声，此输入讯号的噪声会造成讯噪比(signal
‑
to
‑
noise ratio，snr)下降，即会影响电容感测电路感测感测电极上的电容量的准确性，尤其当感测电极上的电容量很大时。
3.基于上述的问题，本发明提供一种电容感测电路，其可降低噪声对于电容感测电路的影响，以加强讯噪比，而提高感测电容量的准确性。


技术实现要素：

4.本发明的一目的，提供一种电容感测电路，其取样并保持输入至电容感测电路的一参考讯号，而产生一输入参考讯号，依输入参考讯号产生一输入讯号，此输入讯号的噪声于一周期内为固定，不随时间而改变，使得大部分噪声可以处理而去除，因而提升讯噪比。
5.本发明揭示了一种电容感测电路，其包含一取样保持电路、一讯号产生电路与一感测电路，取样保持电路取样并保持一参考讯号，而产生一输入参考讯号至讯号产生电路，讯号产生电路依据输入参考讯号产生一输入讯号，感测电路依据输入讯号与一感测讯号产生一输出讯号。
附图说明
6.图1：其为本发明的一实施例的电容感测电路的方块图；图2：其为本发明的一实施例的电容感测电路的电路图；图3：其为本发明的一实施例的讯号时序图；以及图4：其为本发明的另一实施例的电路图。【图号对照说明】10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电容感测电路12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
取样保持电路122
ꢀꢀꢀꢀꢀ
开关
124
ꢀꢀꢀꢀꢀ
储能元件14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
讯号产生电路16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
感测电路162
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电容19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
时序控制电路22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
感测电极222
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电容adc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
模拟数字转换电路adc_clk 时脉讯号dsp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
讯号处理电路op
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
运算放大器pro
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
近接侦测电路raw_data 侦测数据s
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
数字讯号s
pro
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
近接讯号t1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一时间t2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二时间t3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第三时间t4
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第四时间v
inr
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入参考讯号v
ins
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输入讯号v
ref
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考讯号v
sam
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
取样讯号v
sen
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
感测讯号v
out
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
输出讯号
具体实施方式
7.为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
8.在说明书及请求项当中使用了某些词汇指称特定的组件，然，所属本发明技术领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词称呼同一个组件，而且，本说明书及请求项并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在整体技术上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及请求项当中所提及的「包含」为一开放式用语，故应解释成「包含但不限定于」。再者，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接一第二装置，则代表第一装置可直接连接第二装置，或可透过其他装置或其他连接手段间接地连接至第二装置。
9.有鉴于习知电容感测电路因输入讯号具有时变噪声，而导致习知电容感测电路具较差的讯噪比，据此，本发明遂提出一种电容感测电路，以解决习知技术所造成的讯噪比较差的问题。
10.以下，将进一步说明本发明揭示的电容感测电路所包含的特性、所搭配的电路结构：
11.首先，请参阅图1，其为本发明的一实施例的电容感测电路的方块图。如图所示，本发明的电容感测电路10包含一取样保持电路12、一讯号产生电路14与一感测电路16。取样保持电路12耦接讯号产生电路14，而讯号产生电路14更耦接至感测电路16。取样保持电路12取样并保持一参考讯号v
ref
，而产生一输入参考讯号v
inr
。讯号产生电路14依据输入参考讯号v
inr
产生一输入讯号v
ins
，感测电路16依据输入讯号v
ins
与来自于一感测电极22的一感测讯号v
sen
产生一输出讯号v
out
。于本发明的一实施例中，感测电极22设置于电子装置，例如电子装置的面板。如图3所示，因为参考讯号v
ref
夹杂随时间改变的噪声，因此参考讯号v
ref
的准位随着时间而改变。取样保持电路12取样参考讯号v
ref
，并保持参考讯号v
ref
被取样时的讯号准位，而产生输入参考讯号v
inr
，如此输入参考讯号v
inr
的准位于取样保持电路12的保持期间(hold)不会随时间改变。因此，讯号产生电路14依据输入参考讯号v
inr
产生的输入讯号v
ins
的准位于取样保持电路12的保持期间也不会随时间改变。此外，感测电路16进一步耦接一模拟数字转换电路adc，模拟数字转换电路adc接收输出讯号v
out
并转换模拟的输出讯号v
out
而输出一数字讯号s
d
。
12.为了较清楚了解本发明上述实施例的电容感测电路10，更进一步参阅图2作说明。取样保持电路12包含一开关122与一储能元件124(例如:电容)，开关122耦接于储能元件124与参考讯号v
ref
间。开关122耦接一时序控制电路19，并受控于时序控制电路19产生的取样讯号v
sam
，以依据取样讯号v
sam
而导通或截止，在开关122导通时取样参考讯号v
ref
至储能元件124中，储能元件124保持参考讯号v
ref
在开关122导通时的讯号准位，因而产生输入参考讯号v
inr
。储能元件124耦接讯号产生电路14，以提供输入参考讯号v
inr
至讯号产生电路14。
13.讯号产生电路14接收取样保持电路12所产生的输入参考讯号v
inr
，而依据输入参考讯号v
inr
产生感测电路16所需的输入讯号v
ins
。如图3所示，输入讯号v
ins
的准位可于一固定周期改变为高准位或者低准位，于本发明的一实施例中，输入讯号v
ins
可为一方波讯号。感测电路16包含一运算放大器op与一电容162，运算放大器op具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端，第一输入端接收来自于讯号产生电路14的输入讯号v
ins
，第二输入端耦接感测电极22，以接收感测讯号v
sen
，感测电极22相当于一电容222，其电容量会随物体靠近感测电极22而变化，即电容量会随物体靠近电子装置而变化，此物体为触控物，例如使用者手指或者触控笔等，因此感测电极22可相当于感测电容用于感测物体是否靠近电子装置。电容162耦接于运算放大器op的第二输入端与输出端间。透过输入讯号v
ins
传输至运算放大器op的第一输入端可驱动电容222的电荷转移到电容162，即电容222的感测讯号v
sen
的电荷转移至电容162，。藉此，感测电路16依据输入讯号v
ins
与感测讯号v
sen
产生输出讯号v
out
于输出端。模拟数字转换电路adc接收输出讯号v
out
，并将输出讯号v
out
转换而产生数字讯号s
d
。由于上述电荷转移是透过输入讯号v
ins
驱动，所以电荷的转移量正比于输入讯号v
ins
的准位，因此输出讯号v
out
的准位可表示为如下:其中，c
p
为感测电极22的电容222的电容量，c
ref
为感测电路16的电容162的电容
量。
14.请一并参阅图3，其为本发明的电容感测电路的讯号的时序图。如图所示，本实施例中，取样讯号v
sam
每隔固定周期致能(高准位)一次，即取样保持电路12每隔固定周期取样一次参考讯号v
ref
，以产生输入参考讯号v
inr
。讯号产生电路14依据输入参考讯号v
inr
产生输入讯号v
ins
。于本实施例中，模拟数字转换电路adc分别在输入讯号v
ins
的正半周期与负半周期对输出讯号v
out
取样一次，因此时序控制电路19分别在输入讯号v
ins
的正半周期与负半周期产生一时脉讯号adc_clk至模拟数字转换电路adc，以控制模拟数字转换电路adc取样输出讯号v
out
，以转换输出讯号v
out
产生数字讯号s
d
，例如在第二时间t2及第四时间t4。如图所示，输入讯号v
ins
的准位在时间t1由低准位转变为高准位，而在时间t3由高准位转变为低准位。
15.如图2与图3所示，由于模拟数字转换电路adc于正半周期与负半周期取样输出讯号v
out
，即是第二时间t2取样输出讯号v
out
(t2)与第四时间t4取样输出讯号v
out
(t4)，而输出讯号v
out
(t2)与v
out
(t4)可表示如下:(t4)可表示如下:
16.由于参考讯号v
ref
包含有噪声，所以取样保持电路取样参考讯号v
ref
产生的输入讯号v
ins
亦包含同样噪声，因此输入讯号v
ins
可表示为v
ins
(t)＝v
ins0
(t)+v
insn
(t)，并带入上述式(一)与式(二)中，推得含有噪声的输出讯号如下:推得含有噪声的输出讯号如下:其中，v
ins0
(t)表示无噪声的输入讯号；v
insn
(t)表示输入讯号的噪声。
17.其中v
out0
(t2)、v
out0
(t4)表示无噪声的输出讯号，其可表示如下:其可表示如下:
18.由于本发明的取样保持电路12针对参考讯号v
ref
于第一时间t1前进行取样以及在第二时间t2与第三时间t3之间进行取样，以产生输入参考讯号v
inr
，并保持输入参考讯号v
inr
，其表示输入参考讯号v
inr
的准位不会受到后续参考讯号v
ref
的准位影响而改变，直至取样保持电路12重新取样参考讯号v
ref
，因此讯号产生电路14依据此输入参考讯号v
inr
产生输入讯号v
ins
的高准位或者低准位，也不会受到后续参考讯号v
ref
的准位影响而改变，因此相当于在第一时间t1的输入讯号v
ins
(t1)包含的噪声v
insn
(t1)相等于在第二期间t2的输入讯号v
ins
(t2)包含的噪声v
insn
(t2)，即v
insn
(t1)＝v
insn
(t2)。而相同情况下，输入讯号v
ins
于第三期间t3与第四期间t4亦是具有相同噪声，即v
insn
(t3)＝v
insn
(t4)。如此v
insn
(t1)＝v
insn
(t2)与v
insn
(t3)＝v
insn
(t4)代入式(三)与式(四)，获得下式(七)与式(八):v
out
(t2)＝v
out0
(t2)+v
insn
(t2)
ꢀꢀꢀ
式(七)
v
out
(t4)＝v
out0
(t4)+v
insn
(t4)
ꢀꢀꢀ
式(八)
19.如此由式(七)与式(八)可知，本发明的感测电路16产生的输出讯号v
out
(t)包含较少噪声成份，而提高讯噪比。由上述说明可知，取样保持电路12取样参考讯号v
ref
，可供后续抵销大部分输入讯号v
ins
的噪声，藉此让输出讯号v
out
大幅降低噪声。图3的标号v
in
为习知技术的输入讯号，明显可知，输入讯号v
in
的准位会随时受到参考讯号v
ref
的准位影响而一直都在改变。
20.于此实施例中，模拟数字转换电路adc在输入讯号v
ins
的正半周期与负半周期分别取样输出讯号v
out
，并将此两输出讯号v
out
转换为两数字讯号s
d
，而后续的讯号处理电路(如图4所示)会相减此两数字讯号s
d
，而得到的结果即为侦测数据，其可表示感测电极22的电容量。除此之外，本发明模拟数字转换电路adc更可以仅在输入讯号v
ins
的正半周期或负半周期取样一次输出讯号v
out
而产生一数字讯号s
d
，而后续讯号处理电路即可直接以此数字讯号s
d
作为侦测数据。于本发明的另一实施例中，讯号处理电路可平均多个数字讯号s
d
而作为一笔侦测数据，如此可提高感测电容量的精确度。
21.在本发明另一实施例中，本发明的电容感测电路10可应用于控制特定吸收率(specific absorption rate，sar)的芯片。如图4所示，电容感测电路10除了搭配模拟数字转换电路adc，更进一步搭配一讯号处理电路dsp与一近接侦测电路pro，模拟数字转换电路adc的输出端耦接讯号处理电路dsp的输入端，讯号处理电路dsp的输出端耦接近接侦测电路pro的输入端，讯号处理电路dsp依据数字讯号s
d
产生一侦测数据raw_data，近接侦测电路pro依据侦测数据raw_data产生一近接讯号s
pro
，以表示是否有物体靠近电容感测电路10。
22.除此之外，本发明的电容感测电路10更可应用于触控感测，并非仅能用于近接感测。
23.上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。